不同碳源在污水处理过程中的变化规律研究

通过对A2/O污水处理工艺长期的分析监测,探明了城市污水处理厂原水中有机物不同生物降解性及碳源赋存形态比例.原水中大部分有机物以颗粒态存在,占进水有机物的61%.原水中快速、慢速、难生物降解有机物比例分别为15.8%、54.2%和30%,快速生物降解有机物主要以溶解态存在,慢速生物降解有机物则主要以颗粒态存在.通过快速、慢速生物降解有机物的沿程监测分析,明确了两种碳源在污水处理过程中的变化规律,厌氧池与缺氧池内均存在微生物水解发酵引起的慢速生物降解有机物的转化作用,其中厌氧反应池的转化效率最高.分析计算了污水处理过程中不同碳源的转化,明确了快慢速有机物在各单元的转化和利用情况,结果指出,2 h内慢速生物降解有机物在厌氧池与好氧池转化率分别为33%和20%.从脂肪酸的种类及含量来说,厌氧池与缺氧池的脂肪酸的种类及含量均高于原水.     

污水处理厂碳源回收潜力与活性初沉系统构建及应用

针对城市污水处理厂初沉池中颗粒态物质沉降导致碳源流失、严重制约脱氮除磷效率的问题,对初沉池中流失碳源情况进行了分析。结果表明,初沉池对污水中SS、TCOD的去除率分别为56.7%±7.73%、43.71%±5.42%,该部分颗粒物质的沉降是碳源流失的主要因素。为探明污水中碳源的回收潜力,对颗粒态物质的生物降解性进行了检测。结果表明,污水中易生物降解有机物质量浓度较低,仅占进水COD的13.1%,而慢速生物降解有机物占51.4%。由此可知,加速慢速生物降解有机物向易生物降解有机物的转化可充分挖掘碳源的回收潜力。因此,构建了一种新型活性初沉池系统,组合搅拌淘洗和污泥发酵工艺,并应用于西安市第四污水处理厂。结果表明,初沉池出水中SCOD和VFA质量浓度分别提升了25%~35%、55%~65%,显著增强了脱氮除磷效果。     

供气式低压射流曝气器结构优化数值模拟研究

以供气式低压射流曝气器为研究对象,运用流体力学分析(CFD)软件对其建立三维模型,用Fluent软件模拟分析其结构参数(一级喷嘴直径、二级喷嘴直径、混合室长径比)对混合室内湍流混合效果的影响。正交试验结果表明,对两相湍流混合效果的影响因素为:一级喷嘴直径混合室长径比二级喷嘴直径,最佳湍流混合效果的结构参数是一级喷嘴直径14mm、二级喷嘴直径46mm、混合室长径比4,结构优化后,混合室内气液两相的分布更均匀,混合效果更优。     

芬顿铁泥组分解析及其对造纸废水厌氧处理的影响

芬顿技术深度处理造纸废水过程中会产生大量铁泥,处理处置困难,但芬顿铁泥中含有大量三价铁,具有很高的利用价值。为此,对芬顿铁泥的元素组成、物相结构及电化学特性进行了解析。结果表明,芬顿铁泥中铁元素含量达到38.18%,主要以无定形的FeOOH形式存在,且具有氧化还原特性和一定的电子转移能力,芬顿铁泥的电子接受能力和电子供给能力分别为62.45 μmol·g⁻¹和4.59 μmol·g⁻¹。将芬顿铁泥投加至厌氧序批式反应器中,考察其对造纸废水厌氧处理的影响。结果表明,当芬顿铁泥投加量为5、10和20 g·L⁻¹时,造纸废水厌氧消化过程中溶解性COD的去除率由59.88%(对照组)分别提高至63.92%、68.40%和70.34%。芬顿铁泥投加使甲烷产量分别提高了7.96%、15.81%和19.77%,同时显著降低沼气中二氧化碳与氢气的含量,提高甲烷的占比。投加芬顿铁泥的反应器出水均检测到较高的二价铁离子浓度,说明反应器中发生了异化铁还原作用,从而提升了造纸废水厌氧消化效果。     

慢速可生物降解有机物的转化特性及利用

通过对西安市城市污水处理厂碳源赋存特性和生物降解性分析,探明了西安市城市污水厂碳源的分布特性。西安市污水厂原水中颗粒态COD占总COD的65%左右,以慢速可生物降解有机物为主,是污水厂进水碳源的主要组成部分。分析评价了慢速可生物降解有机物的转化特性与利用潜力,结果表明,在好氧和厌氧2种条件下慢速可生物降解有机物会发生水解发酵作用,在8 h内转化率分别达到58%和65%。其中第1小时为慢速可生物降解有机物的限速阶段,降解缓慢。从第2~4小时降解转化速率显著提高,此后速率逐渐平缓。慢速可生物降解有机物水解产物主要有挥发性脂肪酸(VFAs)、多糖和蛋白类等易于直接被微生物利用的物质。与此同时,也会产生一些腐殖质类的难降解有机物,并在处理过程中会引发其结构改变,趋于生物可利用。     

城市污水管网中产甲烷菌的分布特性规律

实验通过一套1 200 m的PVC管式反应器来模拟城市污水管网,利用气相色谱法、液相色谱法和454高通量测序等手段,研究了城市污水管网中产甲烷过程中的物质变化和产甲烷菌分布特性规律.结果表明,管网中甲烷含量沿程升高,说明管网中存在产甲烷菌;产甲烷菌主要包含甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)、广古菌门中的菌属(Euryarchaeota_unclassified)和甲烷杆菌科中的菌属(Methanobacteriaceae_unclassified)这3种优势菌属,且在管网800~1 000 m处有广古菌门中的菌属(Euryarchaeota_unclassified)取代甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)成为第一优势菌属的演替现象;管网中产甲烷可利用基质有甲酸、甲醇、甲胺、乙酸,其中乙酸为主要基质,这些基质在管网中先增加后降低的变化趋势导致了管网中产甲烷菌演替现象的发生.     

倒置A2/O与常规A2/O工艺除磷效果对比

通过对西安市某污水处理厂倒置A2/O工艺的沿程监测和工艺解析,分析明确了该工艺生物除磷效果差的影响因素。研究表明,缺氧池反硝化不完全,厌氧池高浓度硝酸盐是抑制聚磷菌释磷的重要因素。当厌氧池内硝酸盐浓度大于4 mg/L时会明显抑制生物除磷效果。硝酸盐的浓度在1~4 mg/L时,随着硝酸盐浓度的升高,释磷效果显著降低。为避免硝酸盐对聚磷菌的影响,需将厌氧池硝酸盐浓度控制在1 mg/L以下。硝酸盐对聚磷菌释磷的影响原因是生物脱氮除磷对碳源的竞争,以乙酸钠和原污水为碳源分析硝氮盐对释磷效果的影响。结果表明,易于生物降解的优质碳源更有利于聚磷菌在厌氧环境下释磷,倒置A2/O的前置式缺氧池首先将大量优质碳源用于反硝化,而造成后续厌氧池聚磷菌释磷效果差。针对这一研究结果,对该污水厂提出将倒置A2/O调整为常规A2/O的改造方案,改造后厌氧池硝酸盐浓度由3.57 mg/L降低至0.89 mg/L,聚磷菌释磷量提高1.8倍,系统除磷效果增强,出水总磷降低至0.66 mg/L,与倒置A2/O相比降低0.21 mg/L。     

油田压裂返排液的厌氧处理特性

油田压裂返排液中含有高浓度有机物、盐类物质和悬浮物等污染物,如不妥善处置直接外排会对环境产生严重危害。以配制的胍胶压裂返排液为研究对象,采用厌氧颗粒污泥对其进行处理,以COD、TOC去除率及甲烷产量为考察指标,研究了压裂返排液的厌氧生物降解特性。结果表明,压裂返排液经168 h厌氧处理后,COD和TOC由处理前的1 735.2 mg∙L⁻¹和698.5 mg∙L⁻¹ 降低至277.2 mg∙L⁻¹和94.9 mg∙L⁻¹,去除率分别为84.0%和86.4%,每克COD能产生688.2 mL的甲烷。采用红外光谱、紫外可见光谱以及三维荧光光谱对压裂返排液厌氧处理过程中有机物的组分及光谱特性进行了分析,发现厌氧生物处理可显著去除压裂返排液中芳香族化合物和类腐殖酸等物质。凝胶渗透色谱分析结果表明,压裂返排液中分子质量小于200 Da的有机物在厌氧处理过程中被优先去除。此外,将厌氧工艺出水进行好氧生物处理,COD去除率仅为22.2%,说明厌氧处理后的压裂返排液可生物降解性较差,需要采用高级氧化等方法进行深度处理。     

基于CFD模拟技术的开孔氧化沟特性分析

针对传统氧化沟工艺溶解氧调控困难、曝气区高流速造成能量浪费等问题,通过在氧化沟缺氧区廊道弯道处开设孔洞、设置挡水墙与导流板等措施,提出了一种新型开孔变速氧化沟流态调节理论与技术方案。首先通过计算流体力学模拟开孔氧化沟方案的流态调节效果,模拟结果表明,开孔廊道平均流速为0.20~0.26 m/s,明显高于其他廊道,表明开孔方案可以显著提高缺氧区廊道流速,实现氧化沟变速流态调节效果。其次,建立开孔氧化沟中试系统,通过对比等速氧化沟与开孔氧化沟工艺对有机物的去除效果和微生物群落分布验证开孔方案的可实施性。结果表明,两种工艺对有机物的去除率基本相当,其中COD、SS、TP和NH_4~+-N的去除率在95%以上,而开孔氧化沟工艺对TN的去除率略高于等速氧化沟。两组氧化沟系统中反硝化细菌种类一致,相对丰度分别为1.51%和1.49%,表明氧化沟开孔流态调节方案不会影响系统的运行效果和微生物种类,只是改变了开孔廊道的流态分布。同时采用现场流态测定方法对氧化沟流态和沉泥情况进行了分析,结果表明,开孔方案能够提高氧化沟缺氧区廊道流速,减缓低流速区沉泥现象。因此,在不影响运行效果的基础上,开孔方案减小了氧化沟系统缺氧区廊道推进器功率8.4 k W,达到节能21.2%的目的。     

基于三维数值模拟的供气式低压射流曝气装置性能优化研究

为提高供气式低压射流曝气器中气液混合效果、提高氧传质速率,基于射流曝气器内部结构解析,提出了混合室增设分散孔板、双管进气等优化改进方案。应用FLUENT软件对射流曝气器改进前后混合室气液两相混合效果进行三维数值模拟研究,模拟结果表明,增设分散孔板可显著增加混合室湍流强度、提高气液两相混合效果,孔板设置于进气孔前更利于氧传质效率的提升;增设射流曝气器对称进气口可使气液两相在混合室内分布更加均匀,增大气液两相接触面积,促进气液两相混合。根据模拟结果加工改进型供气式射流曝气器,并进行清水充氧实验,在不同实验参数下,改进射流曝气器的标准氧传质系数、标准氧传质速率、标准氧传质效率和标准曝气效率与改进前相比分别提高19.81～20.30%、30.84%～41.87%、9.84%～25.97%、3.78%～20.56%。